1、第 1 页 共 8 页555 定时器产生方波74LS161产生000-111脉冲序列74LS138选通发光二极管八位发光二极管4511 驱动数码管 数码管八位流水灯循环点亮电路设计1.设计要求采用 74LS138 芯片，实现 8 位流水灯循环点亮电路。2.题目分析74LS138 为 3-8 线译码器，它的工作原理是：当一个选通端（E 1）为高电平，另两个选通端 E2 和 E3 为低电平时，可将地址端（A 0、A 1、A 2）的二进制编码在 Y0 至 Y7 对应的输出端以低电平译出。举例说明：如果 A2A1A0=001，那么 Y1 输出 0，其余输出 1，发光二极管阴极接 Y0-Y7，阳极接 V
2、CC，接上限流电阻，则 Y1 端发光二极管发光。课题要求设计八位二极管循环点亮，则需要一系列脉冲序列，使得 A2A1A0 电平发生变化。即依次选通 Y0-Y7，脉冲从 000-111。3.方案选择利用 74LS138 选通发光二极管发光。利用 74LS161 产生 000-111 脉冲控制 74LS138 的 A2A1A0，依次选通 Y0-Y7。产生脉冲序列也可以用 74LS191 是四位二进制同步加/减计数器，与 74LS161 相比，它能够实现减计数，此处只需要求产生脉冲序列，而且 74LS161 是常用的计数器，所以选择 74LS161 产生脉冲序列。74LS161 计数必须有时钟脉冲，
3、如何获得时钟脉冲：一、函数发生器获得；二、555 定时器可以产生方波；三、LM358 设计成方波发生器。因为在电子设计这门课程中，我们做过 LED 闪烁灯，产生方波的原理前面实验报告中已经有所介绍，所以决定采用 555 定时器产生方波，而且频率更容易控制。到此，所需设计已经完成，但如果加上数码管显示第几个 LED 灯发光，还需要讲信号进行译码，才能输出显示数字。采用 4511 芯片驱动数码管，功耗比较低。4.原理框图第 2 页 共 8 页5.主要元器件介绍5.1 74LS13874LS138 为 3 线8 线译码器，其工作原 理如下： 当一个选通端（E 1）为高电平，另两个选 通端（E 2)和
4、(E 3)为低电平时，可将地址端 （A0、A 1、A 2）的二进制编码在 Y0 至 Y7 对 应的输出端以低电平译出。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138 还可作数据分配器。 5.2 74LS16174LS161 是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器。当清零端 CR=“0”，计数器输出Q3、Q 2、Q 1、Q 0 立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当 CR=“1”且LD=“0”时，在 CP 信号上升沿作用后，74LS161 输出端 Q3、Q 2、Q 1、 Q0 的状态分别与并行数据输入端 D3，D 2，D 1，D 0 的状态一样，为同步置数功能。而只有当 CR=LD=
5、EP=ET=“1”、CP 脉冲上升沿作用后，计数器加 1。74LS161 还有一个进位输出端 CO，其逻辑关系是 CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片 74LS161 可以组成 16 进制以下的任意进制分频器。5.3 555 定时器555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C 2 的反相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发
6、器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC /3，则 C1 的输出为 0，C 2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。5.4 45114511 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，使输入的二进制数在数码管上第 3 页 共 8 页以十进制数显示，主要驱动共阴数码管。6.电路设计及计算总的设计思想：电路分模块进行，最后再整合。6.1 发光二极管电路设计所选取的红色发光二极管，导通压降为 1.5-2V，取 1.5V 计算，导通电流为 2-5mA, 如图所示，最大 R=(VCC-1.5)/2=1.75k,
7、最小R=（VCC-2）/5=700,但做实际电路时限流电阻取 470 电阻，所以仿真及原理图绘制时都选取的 470。数码管限流电阻选择 220.6.2 74LS138 译码电路，在 A2A1A0 手动控制高低电平测试灯的亮灭是否符合要求，如图所示，测试的是 000 信号和 011 信号 。VCC5VU174ALS138NY0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7A1 B2C3G16 G2A4G2B5LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8R1 470R2 470R3 470R4 470R5 470R6 470R7 470R8 470VC
8、C5VJ1Key = SpaceJ2Key = SpaceJ3Key = SpaceVCC5V VCC5V VCC5VVCC5VU174ALS138NY0 15Y1 14Y2 13Y3 12Y4 11Y5 10Y6 9Y7 7A1 B2C3G16 G2A4G2B5LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8R1 470R2 470R3 470R4 470R5 470R6 470R7 470R8 470VCC5VJ1Key = SpaceJ2Key = SpaceJ3Key = SpaceVCC5V VCC5V VCC5V第 4 页 共 8 页U3LM555CNGND1DIS
9、7OUT 3RST4VCC8THR6CON5TRI2C10.01FVCC 5VC20.1FR1010kR1110kVCC5VU44511BP_5VDA7 DB1DC2 DD6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG 14EL5 BI4 LT3U6A B C D E F GCKR12 220R13 220R14 220R15 220R16 220R17 220R18 2206.3 000-111 脉冲序列设计采用反馈置数法，产生 000-111 脉冲序号，时钟脉冲外部接入，原理图如图所示U274ALS161BNQA 14QB 13QC 12QD 11RCO15A3 B4C5
10、 D6ENP7 ENT10LOAD9 CLR1CLK2VCC5VVCC5VV11kHz 5 V XLA1C Q T1F6.4 矩形波发生器利用 555 定时器构成多谐振荡电路，由 RC 电路充放电公式计算得：T1=0.7（R 1+R2）C,T2=0.7R2CT=T1+T2.通过计算可得到一定频率，一定占空比的方波信号，此处 C=0.1F,如右图所示 6.5 数码管显示电路采用 4511 七段显示译码器，显示第几个灯在闪烁，信号从 A0A1A2A3 输入，a,b,c,d,e,f,g,分别接数码管的 ABCDEFG,连接数码管和 4511 还需要限流电阻220.第 5 页 共 8 页7.电路仿真及
11、结果分析7.1 电路仿真U174ALS138NY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1 B2C3G16 G2A4G2B5LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8R1 470R2 470R3 470R4 470R5 470R6 470R7 470R8 470VCC5VU274ALS161BNQA14QB13QC12QD11RCO15A3 B4C5 D6ENP7 ENT10LOAD9 CLR1CLK2VCC5VVCC5VVCC5VU3LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2C10.01FVCC5VC20.1FR1
12、010kR1110kU44511BP_5VDA7 DB1DC2 DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5 BI4 LT3U6ABCDEFGCKR12 220R13 220R14 220R15 220R16 220R17 220R18 220VCC5V7.2 仿真结果分析Y0-Y7 输出波形如上图所示，由于 Y0-Y7 高低电平的变化，所以 LED 灯会闪烁变化，但必须脉冲频率在 1KHz 以下，以便人眼能够识别，计数器产生 000-111第 6 页 共 8 页脉冲输入 74LS138 的输入端，实现 Y0-Y7 的选通，从而实现上述功能。8.protel 电路图 GN
13、DCLR1OA9ETPK253Q4BUSVIH+M.uFfgedcbapy-rW9.PCB 图9.1 Toplaer 层9.2 Bottomlayer 层第 7 页 共 8 页9.3 双层第 8 页 共 8 页10.硬件电路参数测试输入电压（V） 输入电流（mA）5.005.01 37.939.111总结这学期的电子设计课让我感受很深刻，从虚拟平台到实物都有涉及，不仅让我学到了Multisim 和 Protel 的使用，还让我体会到焊接也是一门技术，提高了我的动手能力。仿真时让我了解到这一种设计思想是否可行，还能更直观的看出一些电压电流参数，但是，当我做硬件时，遇到了不少的问题，首先我搭建第一
14、个模块，即 74LS138 选通 LED 灯，手动置地置高来验证这一模块是否完成，在焊接每一根线时，都用万用表短路档测试导线是否连通，第二步焊接 74LS161 模块，先用实验室的函数发生器手动植入脉冲，调节成功，最后是矩形波发生器的设计，利用 555 定时器设计矩形波，这一部分让我感受到了仿真与硬件完全不同，仿真时可调电阻 50k，电容 0.1F 就够了，但是当我这样接上时，LED灯全部闪，且全部亮着，看不到循环流动，知道阻容参数选错了，频率太高了。所以想计算 1Hz 的频率，开始用 0.1F 电容计算：T=0.7（R 1+2R2）C=1s，代人 C 得，R1+2R2=14M ,去市区没有买这么大的电阻，觉得应该改电容比较合适，所以就选了10F 的电容,R1+2R2=140 k,如果 R2=50k，R 1=40k，觉得这样可以了，于是在原来基础上并联一个电容，灯就循环闪动了。
